自调谐VCO频段选择技术比较与设计

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:721

摘要：系统分析了自调谐的必要性和各种具有频段选择功能的lc vc0(电感电容压控振荡器)的特点，设计了一种可以应用于自调谐的lc vco结构。该压控振荡器用5层金属0.25μm的标准cmos工艺制造完成，测试结果表明，该压控振荡器在电源电压为2.7v时的功耗约为14mw，它具有约180mhz的调谐范围，在振荡中心频率为1.52ghz时的单边带相位噪声为-110dbc／hz@1mhz。

关键词：电感电容压控振荡器；自调谐；变容管

中图分类号：tn431 文献标识码：a 文章编号：1003-353x（2005）10-0054-04

1 引言

vco的自调谐技术是一种刚兴起的技术，它能克服温度和工艺的误差，在较低增益下获得较大的调谐范围，因而成为集成pll必不可少的一部分。自调谐可以通过变容管或mim电容或两者结合实现，也可以通过调节电感实现[1]，因电感不好控制，较少应用。一般来说，自调谐通过一组开关来切换频段，开关的开通电阻影响压控振荡器(vco)的q值，断开时的寄生电容影响振荡的产生和振荡频率，因而选择合适的自调谐结构形式，减小开关对相位噪声的影响是非常重要的。

本文分析了现代通信系统对vco中变容管的要求以及自调谐的必要性，研究了常见的几种频段选择技术，设计了一种的无需开关频段选择全集成lc vco结构，详细地仿真了它的性能，并给出了测试结果及分析。

2 自调谐的必要性

以频率在890～960mhz的gsm900链路为例。一般来说，vco等效电路如图1。

该电路的振荡频率近似为

可得

需要的调谐范围

而文献[2]提到用于无线通信中的变容管应该满足

要实现较大的调谐范围，采用传统的调谐技术是难以实现的，必须引入自调谐技术。通过三组电容将上面提到的gsm900频率范围分为三段，为了安全起见，相互重叠部分为50％。由表1可知，采用白调谐方法，对变容管的要求降低了，容易实现；若将频率范围分成更多的段，对变容管的变容比要求将进一步降低。可见，采用多组变容管，减小了vco增益，也就提高了vco的相位噪声。

自调谐的功能是通过把vco较宽的调谐范围分成一系列增益较小、两两之间有交叠的曲线实现的。vco的工作曲线通过算法切换，从而使vco工作在较大的频率范围，如图2所示。

图2给出了调谐频率与调谐电压的关系，虚线表示传统的调谐曲线；n=0到m的一组实线表示自调谐曲线，从任何一条曲线过渡到另外一条曲线由算法自动实现。自调谐的实质是体现分段调谐的思想，在较小的增益下实现较大的调谐范围，因而能实现较小的相位噪声，但这也是以增加电路的复杂性为代价的。

3 常用频段选择技术

用于自调谐电路的电容有mim电容和moscap变容管两种，二极管类型的变容管不适合自调谐电路。自调谐电路所采用的频段选择技术可分为两大类型：第一种需要开关；第二种无须开关，对采用背靠背连接的moscap变容管施加高低电平可实现不同的电容。为简便起见，每种调谐方案只画出自调谐部分一个支路，忽略vc0电路的其他部分。

第一种类型有五种常见类型(图3)。